KR20160070753A - 픽셀에 의해 수신된 광 레벨에 따른 다수의 변환들 또는 단일의 변환을 갖는, 램프에 의한 아날로그 디지털 변환 - Google Patents

Abstract

매트릭스 이미지 센서에서, 컬럼으로부터의 픽셀의 판독 방법은 컬럼에 의해 제공된 전압 레벨에 대한 2 개의 아날로그/디지털 변환 모드들을 가능하게 한다: 공칭 지속기간 (d_n) 에서의 공칭 변환 시간 슬롯 (F_CONV) 에서의 단일 아날로그/디지털 변환 및 공칭 지속기간 (d_n) 에서의 램프로 시작하고 비교기의 출력 (S_CMP) 이 스위칭될 때 중단하는 카운팅이 수행되는 제 1 모드; 및 동일한 공칭 변환 시간 슬롯에서 보다 짧은 램프 (d_r) 와의 비교에 의해 다수의 변환들을 제공하는 제 2 모드. 적용될 변환 모드의 선택은 램프 시작 순간 (t) 후 미리 결정된 지속기간 후에 비교기의 출력 (S_CMP) 의 상태의 관측에 기초한다: 출력이 스위칭된 경우, 변환될 유용한 레벨은 제 2 다중-변환 모드가 적용되는 낮은 광 레벨을 표현하고; 출력이 스위칭되지 않은 경우, 변환될 유용한 레벨은 높은 광 레벨을 표현하고 제 1 의 종래, 단일-변환 모드가 적용될 것이다. 본 발명은 변환 체인의 회로들로 인한 가우시안 노이즈의 양을 감소시키는 것에 의해, 낮은 광 레벨들에 대해, 센서의 출력에서의 신호 대 노이즈 비를 개선시킬 수 있게 한다.

Description

픽셀에 의해 수신된 광 레벨에 따른 다수의 변환들 또는 단일의 변환을 갖는, 램프에 의한 아날로그 디지털 변환{ANALOGUE DIGITAL CONVERSION WITH RAMP, WITH MULTIPLE CONVERSIONS OR A SINGLE CONVERSION DEPENDING ON THE LIGHT LEVEL RECEIVED BY A PIXEL}

본 발명은 이미지 센서들, 그리고 더 구체적으로는 낮은 휘도 레벨과 높은 휘도 레벨 양쪽에서의 이미지들을 수집하려고 의도한, 큰 동적 범위를 갖는 이미지 센서들의 픽셀들을 판독하는 방법에 관한 것이다.

이미지 센서는 로우 (row) 들 및 컬럼 (column) 들로 조직화된 픽셀들의 매트릭스를 포함한다. 하나의 동일한 컬럼의 픽셀들은, 그 자체가 판독 회로에 링크되는 컬럼 컨덕터에 링크되어, 판독을 위해 선택된 픽셀에 의해 컬럼 컨덕터에 인가된 전압 레벨을 디지털로 변환한다. 이 전압 레벨은 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현한다. 이 변환은 램프-타입 아날로그-디지털 변환기에 의해 수행되는데, 이 램프-타입 아날로그-디지털 변환기는 변환될 전압 레벨을 선형 전압 램프와 비교하기 위한 비교기, 및 램프가 시작하는 순간으로부터 비교기가 토글링할 때까지 높은 주파수에서 카운트하는 카운터를 포함한다. 토글링하는 순간에서의 카운터의 콘텐츠는, 변환될 전압 레벨의 수치 값을 표현한다.

픽셀은 주로, 포토다이오드 및 MOS 트랜지스터들, 예를 들어, 4 개의 트랜지스터들을 포함하고, 이 트랜지스터들은 포토다이오드에서 광에 의해 생성된 전하의 판독을 구동할 수 있게 한다. 4 개의 트랜지스터들을 갖는 픽셀들은, 포토다이오드로부터의 전하를, 재초기화 전위로 이전에 초기화된 용량성 저장 노드로 전송하는 것에 의해 동작하고; 픽셀의 판독은 일반적으로, 재초기화 전위의 그리고 그 후에 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 저장 노드의 전위의 컬럼 컨덕터 상으로의 옮겨짐을 포함한다.

알려진 방식으로, 저장 노드의 재초기화 레벨에 관해 수신된 전하의 전송 후의 유용한 레벨에 관한 것과 매우 동일하게 직면하게 되는 상관된 노이즈인, 픽셀의 용량성 저장 노드와 연관된 노이즈를 피하기 위해, 2 개의 레벨들, 즉, 재초기화 레벨 및 유용한 레벨 각각의 아날로그-디지털 변환을 수행하는 것이 가능하고, 이 2 개의 수치 값들 사이에서 감산이 수행되어, 그에 따라 이 상관된-노이즈 성분을 제거한다. 또한, 차이를 변환하기 전에 전압들의 아날로그 감산을 하는 것이 가능하다. 이 경우, 차분 변환을 수행하기 전에, 컬럼에 의해 제공된 전기 신호를 샘플링하기 위해 2 개의 샘플링 커패시터들이 사용되는데, 하나는 재초기화 후에 그리고 다른 하나는 전하 전송 후에 사용된다.

판독 회로는 센서의 동적 범위의 함수, 즉, 측정하기를 원하는 조도들의 스팬 (span) 의 함수로서 치수화된다. 특히, 카운팅 주파수, 카운터의 비트들의 수, 및 원하는 변환 레이트에 유념하여, 측정하기를 원하는 가장 높은 조도 레벨의 변환을 가능하게 하도록 램프의 지속기간이 결정된다.

이들 이미지 센서들의 동적 범위는, 컬럼 컨덕터 상에 저장 노드의 전위를 카피 (copy) 하도록 픽셀에 팔로어로서 장착된 트랜지스터, 컬럼들 모두에 공통된 전류 소스, 비교기를 형성하는 고이득 증폭기 등을 포함하는, 변환 체인의 노이즈의 다양한 소스들에 의해, 실제로 낮은 휘도 레벨들 쪽으로 제한된다. 이 체인 노이즈는 완전히 랜덤하고, 측정될 신호의 레벨과는 독립적이다. 이것은 낮은 조도 레벨들 쪽으로 센서들의 동적 범위를 증가시키는 능력에 대한 장애물로 여겨진다.

더 구체적으로, 본 발명은 컬럼에 의해 제공된 2 개의 전압 레벨들 각각의 아날로그-디지털 변환, 및 획득된 2 개의 수치 값들 사이의 감산을 직접적으로 수행하는 판독 회로들에 관한 것이다. 이 맥락에서 사실상, 신호에 존재하는 가우시안 노이즈의 양을, 이 신호의 n 개의 변환들을 수행하는 것에 의해 그리고 이들 n 개의 변환들을 평균화하는 것에 의해, n 의 루트 비 (root of n ratio) 로 감소시키는 방법이 이론적으로 알려져 있다.

그러나, n 개의 변환들을 수행하는 것은, 이들 센서들에 대한 양호한 분해능 및 넓은 동적 범위를 획득하도록 결정된, 램프의 공칭 지속기간으로 주로 고정되는, 픽셀을 판독하는데 필요한 시간을 배가시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 컬럼에 의해 제공된 전압 레벨의 아날로그-디지털 변환의 페이즈 (phase) 에서, 이 레벨이 낮은 조도 레벨을 표현하는지 또는 높은 조도 레벨을 표현하는지 여부를 결정하여, 낮은 조도 레벨의 경우, n 개의 변환들을 수행하고 그 n 개의 변환들 각각에 대해 감소된 지속기간의 램프를 사용하는 것에 의해, 단일의 변환에 대해 보통 할당되는 시간에, 이들을 평균화하는 것을 제안한다.

그 결과, 본 발명은 매트릭스 이미지 센서에서의 픽셀의 판독 방법을 제안하고, 픽셀은 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 전압 레벨을 컬럼 컨덕터 상에 제공하고, 판독 방법은, 비교기에 의한 컬럼 컨덕터로부터 수신된 전압 레벨과 아날로그 전압 램프와의 비교, 및 램프 시작의 순간과 비교기의 출력의 토글링의 순간 사이의 클록 펄스들의 카운팅을 포함하는 램프-타입 변환기에 의한 아날로그-디지털 변환을 포함한다.

본 발명에 따르면, 판독 방법은, 램프 시작의 순간 후 미리 결정된 시간 후에 비교기의 출력의 토글링이 검출되는 판정 페이즈를 포함하여, 출력이 토글링되지 않은 경우에는 높은 광 레벨 사이를, 또는 출력이 토글링된 경우에는 낮은 광 레벨 사이를 구별하고 제 1 또는 제 2 변환 모드 각각에 따라 전압 레벨을 변환하고, 여기서

- 제 1 변환 모드는, 높은 광 레벨의 변환을 가능하게 하는, 공칭 지속기간의 램프의 지원에 의한 공칭 변환 시간 윈도우 동안의 카운터에 의한 단일 카운팅을 포함하고,

- 제 2 변환 모드는, 공칭 변환 시간 윈도우의 지속기간에 걸쳐 감소된 지속기간의 n 개의 연속적인 램프들의 확립을, 각각의 램프에 대해, 램프의 시작과 비교기의 출력의 토글링 사이의 카운터에 의한 카운팅, 및 n 개의 카운팅 결과들의 합산과 함께 포함하고, 여기서 n 은 1 보다 더 큰 정수이다.

판정 페이즈는 공칭 변환 시간 윈도우의 시작 전에 수행될 수 있다.

그러나 그 판정 페이즈는 또한 이 공칭 변환 시간 윈도우의 시작에서 수행될 수 있다. 그 판정 페이즈는 그 후에 공칭 지속기간의 전압 램프로 시작하며, 판정 페이즈의 끝 전에 비교기의 출력을 토글링해야 하고, 공칭 지속기간의 전압 램프는 감소된 지속기간 후에 차단 (interrupt) 되고 n 개의 연속적인 램프들 중 첫 번째 것을 구성한다. 이 맥락에서, 픽셀들의 매트릭스의 각 컬럼에 특정된 카운터가 존재하는 경우, 카운터의 제로로의 리셋 후에, 감소된 지속기간의 n 개의 연속적인 램프들 중 첫 번째 것으로 개시하고, 제로로 리셋하는 일 없이 감소된 지속기간의 n-1 개의 후속 램프들 각각으로 재개하도록 카운팅을 제공하는 것에 의해, 제 2 변환 모드의 n 개의 카운팅들의 합산을 직접적으로 수행하는 것이 가능하다. 공칭 변환 시간 윈도우의 끝에서, 카운터는 n 개의 카운팅들의 누적에 의한 합산의 결과를 출력으로서 제공한다.

판독 방법이 재초기화 레벨의 제 1 변환, 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 유용한 레벨의 제 2 변환, 및 2 개의 변환들의 결과들의 감산을 포함하여, 저장 노드의 커패시터에 관련된 상관된 노이즈를 제거할 수 있게 할 때, 재초기화 레벨은 제 2 변환 모드에 따라 변환된다.

본 발명에 따르면, 높은 광 레벨에 대응하는 유용한 레벨의 경우, 제 2 변환 모드에 따라 수행되는 재초기화 레벨의 변환의 결과는 그 후에, 유용한 레벨의 변환의 결과의 감산 전에 n 에 의해 제산된다.

판정 페이즈가 공칭 변환 시간 윈도우의 시작 전에 수행되는 경우, 픽셀들의 매트릭스의 각 컬럼에 특정된 업-카운터/다운-카운터를 사용하여, 이 업-카운터/다운-카운터에서 2 개의 변환들의 결과들의 감산 (유용한 레벨-재초기화 레벨) 을 직접적으로 수행하는 것이 가능하고: 판정 페이즈의 결과에 따라, 제 2 변환, 그리고 관련 카운트다운이 개시되기 전에, 1 에서부터 n 까지 카운터의 카운팅 페이스 (pace) 를 변경하는 것이 가능하다.

더 정밀하게는, 재초기화 레벨의 제 1 변환에 대해서는: 카운터는 카운팅 모드에서 1 바이 (by) 1 카운팅으로 구성되고; 그 후에 유용한 레벨의 제 2 변환에 대해서는, 카운터는 카운트다운 모드에서 제로로 리셋하는 일 없이 이 제 2 변환에 대한 판정 페이즈의 결과의 함수로서 1 바이 1 또는 n 바이 n 카운팅 페이스로 구성된다.

실제로, 전압 램프들 모두는, 픽셀을 재초기화하는 페이즈 동안 컬럼 컨덕터의 전압 레벨과 동일한, 하나의 동일한 시작 레벨을 갖도록 준비된다.

본 발명은 또한 대응하는 매트릭스 이미지 센서에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 그리고 비제한적 표시로 제공된 다음의 상세한 설명에 제공된다.
- 도 1 은 매트릭스 이미지 센서의 픽셀의, 그리고 종래 기술에 따른 판독 방법을 가능하게 하는 후속의 관련 판독 회로의 종래 구조를 예시한다.
- 도 2 는 판독 회로의 다양한 신호들의 대응하는 타임차트이다.
- 도 3 은 픽셀에 의해 수신된 광 레벨에 따른 제 1 또는 제 2 변환 모드를 사용하여 본 발명에 따른 판독 방법에 따른 픽셀에 대한 판독 신호들의 타임차트를 표현한다.
- 도 4 는 본 발명에 따른 판독 방법을 구현할 수 있게 하는 예시적인 판독 회로를 예시한다.
- 도 5 는 픽셀의 재초기화 레벨 및 유용한 레벨의 판독을 포함하는, 본 발명에 따른 판독 방법을 예시한 타임차트로서, 그 경우 이 유용한 레벨은 높은 광 레벨에 대응한다.
- 도 6 은 픽셀의 재초기화 레벨 및 유용한 레벨의 판독을 포함하는, 본 발명에 따른 판독 방법을 예시한 타임차트로서, 그 경우 이 유용한 레벨은 낮은 광 레벨에 대응한다.
- 도 7 은 본 발명에 따른 판독 방법의 변형을 예시한 것으로서, 그에 따라 적용될 변환 모드의 판정이 아날로그-디지털 변환 전에 수행된다.

도 1 은 픽셀들의 매트릭스의 컬럼 컨덕터 (column conductor) 에 링크된 픽셀, 및 종래 기술에 따라 이 픽셀을 판독하여 컬럼 컨덕터에 의해 제공된 전압 레벨의 아날로그-디지털 변환을 수행하기 위한 회로의 종래 구조를 예시하고, 도 2 는 대응하는 신호들의 타임차트를 표현한다.

픽셀 (PIX) 은 포토다이오드 (D_ph), 커패시터에 링크되는 포인트로 나타낸 용량성 저장 노드 (ND), 저장 노드와 포토다이오드의 캐소드 사이의 전하 전송을 위한 트랜지스터 (T1), 저장 노드의 전위를 재초기화시키기 위한 트랜지스터 (T2), 팔로어 트랜지스터 (T3) 및 로우 (row) 선택 트랜지스터 (T4) 를 포함한다.

트랜지스터 (T1) 는 전송 신호 (TRA) 에 의해 제어된다. 트랜지스터 (T2) 는 로직 공급 전압일 수도 있는 VREF 로 표시된 기준 전위에 링크된 드레인을 갖는다. 그것은 저장 노드 (ND) 의 재초기화를 제어하는 신호 (RS_ND) 에 의해 제어된다. 팔로어 트랜지스터 (T3) 는 고정된 전위, 이 예에서는 전위 (VREF) 에 링크된 드레인을 갖는다. 그의 소스는 로우 선택 트랜지스터 (T4) 에 링크되고 그의 게이트는 저장 노드 (ND) 에 링크된다. 로우 선택 트랜지스터 (T4) 는, 매트릭스의 픽셀들의 하나의 동일한 로우의 로우 선택 트랜지스터들 모두의 게이트들을 링크하는 로우 컨덕터 (LI) 에 링크된 게이트를 갖는다. 트랜지스터 (T4) 의 드레인은 트랜지스터 (T3) 의 소스에 링크되고 그의 소스는 픽셀들의 하나의 동일한 컬럼의 픽셀들 모두에 공통된 컬럼 (COL) 컨덕터에 링크된다.

컬럼 컨덕터는 컬럼의 풋 (foot) 에서 판독 회로에 링크된다. 또한, 그것은 전류 소스 (CC) 에, 일반적으로 픽셀 판독 페이즈 (phase) 들 외측에서 컬럼 컨덕터를 전류 소스로부터 절연시킬 수 있게 하는 트랜지스터 (표현되지 않음) 에 의해 링크된다. 전류 소스는 일반적으로 컬럼들 모두에 공통된다.

픽셀이 선택될 때, 트랜지스터 (T3) 는 전압 팔로어로서 거동하여, 저장 노드 (ND) 의 전위를 컬럼 컨덕터 상으로 전송한다.

판독 회로는 컬럼 컨덕터 상으로 전송된 전압 레벨 (Vcol) 을 표현하는 수치 값 (V_CNT) 을 제공할 수 있게 한다. 이 값은 다른 픽셀들에 대해 획득된 다른 값들과 함께 메모리에 배치되어, 이들 데이터의 데이터 프로세싱을 위한 회로들 (표현되지 않음) 에 의해 프로세싱된다. 바람직하게는 저장 노드의 재초기화 후의 전압 레벨을 우선 측정하고 그 후에 조도를 표현하는 전하를 저장하기 위한 노드 내로의 전송 후의 전압 레벨을 측정하며 2 개의 측정치들은 차이가 난다.

판독 회로는 변환될 전압 레벨 (Vcol) 을 선형 전압 램프 (RMP_n) 와 비교하기 위한 비교기 (CMP) 및 램프의 시작의 순간 (t_i) 으로부터 비교기의 출력의 토글링의 순간 (t_b) 까지 높은 주파수에서 카운트하는 카운터 (CNT) 를 갖는 아날로그-디지털 변환기를 포함한다. 이 순간에, 카운터의 콘텐츠 (V_CNT) 는, 변환될 전압 레벨의 수치 값을 표현한다. 이 콘텐츠는 메모리에 배치되고 픽셀의 조도의 값을 표현한다. 실제로, 카운터의 콘텐츠는 램프의 시작 (t_i) 전에 제로로 초기화되고, 카운팅의 개시는 램프 시작과 동기화된다.

비교기는 고이득을 갖는 오토제로를 갖는 차분 증폭기로서, 그의 하나의 입력은 컬럼 (COL) 컨덕터에 링크되고, 그의 다른 입력은 램프 신호를 수신하며, 이 램프 신호는 지속기간 (d_n) 에 걸쳐 선형 전압 램프 (RMP_n) 를 제공한다. 램프 신호 (S_RMP) 는 선형 램프 생성기, 예를 들어, 정전류 소스에 의해 하전된 커패시터를 사용하는 생성기에 의해 제공된다. 이것은, 그것이 작은 증분들에 의해 행해지는 경우에도, 카운터 다음에 선형 전압 램프를 일차 (first order) 로 제공하는 디지털-아날로그 변환기와 매우 동일할 수 있다.

램프 생성기는 판독 회로들 모두에, 즉, 동기화된 그리고 지속기간 (d_n) 의 공칭 변환 시간 윈도우에서 활성화된 매트릭스의 컬럼들 모두에 공통될 수 있다. 카운팅 주파수, 카운터의 비트들의 수, 및 원하는 변환 레이트에 유념하여, 측정하기를 원하는 가장 높은 조도 레벨의 변환을 가능하게 하도록 주어진 센서에 대해 램프 (RMP_n) 의 기울기 및 지속기간 (d_n) 이 결정된다. 램프의 끝의 순간 (t_f) 에서의 램프 전압 레벨은 측정하기를 원하는 가장 높은 조도 레벨에 대응한다.

비교기의 출력 (S_CMP) 은 그의 2 개의 입력들 상의 전압들이 램프의 전개 동안 동일하게 될 때 토글링한다. 초기 오토제로 페이즈는 다양한 컬럼들의 비교기들의 오프셋 전압들 ("시프트들") 을 보상할 수 있게 한다.

간단히, 이 방법은 다음과 같이 진행한다:

픽셀 (PIX) 의 트랜지스터 (T4) 의 게이트를 제어하는 신호 (SEL) 는, 픽셀을 판독하기 위해 예비된 시간의 지속기간 전체 동안 액티브 레벨로 변한다.

픽셀의 용량성 저장 노드 (ND) 는 펄스 (RS_ND) 를 트랜지스터 (T2) 에 인가하여 그것을 턴 온시킴으로써 재초기화된다.

컬럼 (COL) 은, 팔로어 트랜지스터 (T3) 의 임계 전압 내로, 저장 노드 재초기화 레벨로 하전한다.

비교기의 오토제로의 페이즈 (신호 (az)) 가 우선 수행된다.

카운터 (RS-_CNT) 의 콘텐츠 (V_CNT) 의 제로로의 리셋 후에, 제 1 변환을 위한 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 가 시작한다. 카운터는 램프 (RMP_n) 의 시작 (순간 (t_i)) 으로부터 컬럼 컨덕터 상의 전압 레벨에 좌우되는 순간 (t_b) 에서의 비교기의 토글링 때까지 클록 주파수 (Clk-ref) 에서 카운팅한다. 토글링은 카운팅을 중단시킨다.

토글링의 순간에서의 카운터의 콘텐츠 (V_CNT) 는 픽셀 저장 노드의 재초기화 레벨에 대응하는 수치 값 (A) 을 제공한다. 이 제 1 값은 메모리에 배치된다.

선형 램프 (RMP_n) 의 끝의 순간 (t_f) 과 일치하는 공칭 변환 시간 윈도우의 끝은, 재초기화 레벨 판독 페이즈의 끝을 마킹한다.

포토다이오드에서 광에 의해 생성된 전하는 그 후에 저장 노드 내로 전송된다 (신호 (TRA)). 카운터의 콘텐츠 (V_CNT) 는 제로 (RS-_CNT) 로 리셋되고 제 2 변환을 위한 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 가 새로운 선형 램프 (RMP_n) 로 시작한다.

재초기화 레벨 판독 페이즈에서 설명된 것과 동일한 단계들이 존재한다: 램프 (RMP_n) 의 확립, 카운팅, 비교기의 토글링, 카운팅의 중단, 카운터의 콘텐츠 (B) 의 메모리에의 배치. 조도의 수치 측정치는 차이 B-A 이다.

이 맥락에서, 본 발명은 낮은 광 레벨들 쪽으로 카운터의 동적 범위를 개선시킬 수 있게 하는, 즉, 변환 시간을 증가시키는 일 없이 그리고 판독 회로 면적을 너무 증가시키는 일 없이, 유용한 신호가 약할 때 신호 대 노이즈 비를 개선시킬 수 있게 하는 판독 방법을 제안한다.

본 발명에 따르면, 2 개의 변환 모드들이 제공되는데, 첫 번째 모드는 공칭 변환 시간 윈도우에서의 단일의 변환 그리고 램프로 시작하고 비교기의 출력의 토글링시에 중단하는 카운팅에 대해 이전에 설명된 것에 대응하고; 다른 모드는 동일한 공칭 변환 시간 윈도우에서 감소된 지속기간의 램프와의 비교에 의해 다수의 변환들을 제공한다. 적용될 변환 모드의 선택은 램프 시작의 순간 후 미리 결정된 지속기간 후에 비교기의 출력의 상태의 관측에 기초한다: 출력이 토글링된 경우, 변환될 유용한 레벨은 다수의 변환들을 갖는 제 2 모드가 적용되는 낮은 광 레벨을 표현하고; 출력이 토글링되지 않은 경우, 변환될 유용한 레벨은 높은 광 레벨을 표현하고 단일의 변환을 갖는 제 1, 종래, 모드가 적용될 것이다.

본 발명에 따른 판독 방법을 설명하기 위해, 처음에는 컬럼 (COL) 상의 전압 레벨 (Vcol) 의 판독만을 다룬다.

도 3 은 좌측에서는 낮은 광 레벨을 표현하는 컬럼 전압 레벨의 판독에 대응하고; 우측에서는 높은 광 레벨에 대응하는 전압 레벨의 판독에 대응하는 타임차트들을 예시한다.

이들 타임차트들은, 적용될 변환 모드를 판정하는 페이즈가 컬럼에 의해 제공된 전압 레벨의 아날로그-디지털 변환의 페이즈에 수반되게 하는 일 구현에서의, 본 발명에 따른 판독 방법에 대응한다. 이 구현에서, 적용될 변환 모드의 판정은 램프 시작의 순간 (t_i) 후의 순간 (t_r) 에서 행해진다.

각각의 변환은 선형 램프와의 비교 및 그 램프의 시작의 순간 (t_i) 으로 시작하는 카운팅을 포함한다. 그러나 단일의 변환을 갖거나 다수의 변환들을 갖는 변환 모드에 따르면, 선형 램프는 공칭 지속기간 (d_n) 의 램프 (RMP_n) 이거나 또는 감소된 지속기간 (d_r) 의 램프 (RMP_r) 이어서, 지속기간 (d_n) 에 걸쳐 이 램프 (RMP_r) 와의 비교에 의해 n 개의 변환들을 가능하게 한다. 도 3 의 타임차트의 예에서, 그에 따라 우측에서 윈도우 (F_CONV) 동안 공칭 지속기간 (d_n) 의 선형 램프 (RMP_n) 만을 포함하는 램프 신호 (S_RMP) 를 가질 때, 좌측에서는 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 의 지속기간 (d_n) 에 걸쳐 n 개의 연속적인 선형 램프들 (RMP_r) 을 포함하는 램프 신호 (S_RMP) 를 갖는다.

도 2 의 타임차트와의 비교에 의하면, 도 3 의 것은 또한 본 발명에 따른 판정 페이즈의 부가를 강조한다. 아날로그-디지털 변환의 시작에서의, 이 판정 페이즈는, 판정 시간 윈도우 (F_R) 의 한계를 정하는 신호 (DT_LL) 의 존재에 의해 나타낸다. 판독 회로는 판정 윈도우의 끝 (순간 (t_r)) 에서의 비교기의 출력의 상태를 저장하고, 비교기가 토글했는지 안했는지의 여부를 나타내는 로직 레벨 (LL_-en) 을 판정 윈도우의 끝으로부터 제공한다.

따라서 이 예에서, LL_-en 이 순간 (t_r) 에서 "0" 을 저장하는 경우, 이것은 비교기의 출력이 t_i 와 t_r 사이에서 토글링하지 않았음을 암시한다. 그에 따라 프로세싱된 유용한 레벨은 높은 광 레벨 (HL) 을 표현한다. 카운팅이 순간 (t_i) 에서 시작되고 비교기의 출력의 토글링의 순간 (t_b) 까지 행함에 따라 선형 램프 (RMP_n) 와의 비교는 계속되는데, 여기서 t_i<t_r<t_b 이다. 이 순간 (t_b) 에서, 카운터의 콘텐츠 (V_CNT) 는 측정의 결과인 수치 값 (Y) 을 포함한다. 이것은 본 발명에 따른 제 1 변환 모드이고, 이 제 1 변환 모드는 도 1 및 도 2 를 참조하여 이전에 설명된 종래 변환에 대응하고 도 3 의 우측에 표현된다.

그러나 LL_-en 이 순간 (t_r) 에서 "1" 을 저장하는 경우, 이것은 비교기의 출력이 t_i 와 t_r 사이에서 토글링하였음을 암시한다. 그에 따라 프로세싱된 유용한 레벨은 낮은 광 레벨 (LL) 을 표현한다. 본 발명에 따르면, n 개의 변환들은 그 후에 n 개의 결과들의 합산과 함께 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 의 지속기간 (d_n) 에 걸쳐 수행된다. n 개의 변환들 각각은 감소된 지속기간 (d_r) 의 선형 램프 (RMP_r) 와의 비교, 및 램프 시작의 순간 (t_i) 으로 시작하고 비교기의 출력의 토글링의 순간 (t_b) 에서 종료되는 카운팅으로 이루어지는데, 여기서 t_i<t_b≤t_r 이다. 이것은 본 발명에 따른 제 2 변환 모드이고, 도 3 의 좌측에 표현된다.

실제로, 순간 (t_r) 은 (여기에서는 변환 윈도우 (F_CONV) 의 시작의 순간인) 램프 시작의 순간 (t_i) 이후로 지속기간 (d_r) 이 경과되도록 한 것이다. 따라서, 지속기간 (d_r) 은 낮은 레벨 (LL) 과 높은 레벨 (HL) 사이의 구별의 임계치를 교정하고, 이것은 감소된 지속기간의 램프들의 편위 (excursion) 를 치수화한다.

공칭 지속기간 (d_n) 의 램프 (RMP_n) 에 기초하여, 감소된 지속기간 (d_r) 후에 이 램프를 차단하여 후속 변환을 위해 그것을 재초기화하도록 하는 것에 의해, 감소된 지속기간 (d_r) 의 이들 램프들이 획득되는 것이 이롭다.

감소된 지속기간의 램프에 의한 n 개의 변환들 각각의 완료시, 대응하는 카운팅 값이 획득된다: n=8 로 예시된 예에서는 X₁, X₂, _... X₈. 그 후에 이들 n 개의 값들의 합산은 디지털 프로세싱 회로가 평균 값을 조작하게 한다: 이 평균 값에서, 체인 노이즈 (팔로어, 비교기 등) 에 관련된 가우시안 랜덤 노이즈의 양은 그 후에, 제 1 변환 모드에 따라 단일의 변환이 공칭 지속기간에 걸쳐 수행된 경우보다 n 의 루트 인자만큼 눈에 띄게 더 낮아진다.

도 3 의 표현에 대응하는 실제 구현에서, 컬럼 당 카운터 (CNT) 가 존재할 때, n 개의 변환들과 연계하여 결과들이 카운터의 레지스터에 누적된다. n 개의 변환들의 완료시, 카운터의 콘텐츠 (V_CNT) 는 n 개의 값들의 합과 동일하다. 이것은 저장되어 그 후에 센서의 디지털 프로세싱 회로 (DSP) 에 의해 프로세싱될 수 있다. 이러한 카운터에의 누적은 n 개의 카운팅 값들 X₁, X₂, _... X₈ 각각 앞에 배치된 부호 + 로 나타낸다.

다양한 프로세싱들이 그 후에 가능하다. n 에 의한 제산이 회로 (DSP) 에 의해 수행될 수 있다. 또는 그와 달리, k 개의 위치들만큼 시프트한 후에 n 개의 누적들의 결과가 카운터의 레지스터에 저장되어, 그에 따라 제산을 수행하는데, 여기서 n=2^k 이다. n=8=2³ 인 예에서, 우측 (최하위 비트들 (LSB) 측) 으로 3 개의 위치들만큼 카운터의 콘텐츠를 시프트시키는 것으로 충분하다. 이 경우, k 개의 위치들만큼 결과를 시프트시키는 것은 (LL_-en ="1": 낮은 레벨 그리고 LL_-en ="0": 높은 레벨이 사용되는 협약들에 따라) 신호 (LL_-en) 가 "1" 로 설정될 때 활성화되고, 그렇지 않으면 비활성화된다.

도 4 는 컬럼 판독 회로를 표현한 것으로서, 도 3 의 신호들의 타임차트를 준수하는 이 컬럼의 픽셀을 판독하는 방법을 구현하는 것이 가능하다. 이 회로는 비교기 (CMP), 카운터 (CNT), 및 낮은 광 레벨을 검출할 수 있고 제 2 변환 모드를 구동할 수 있게 하는 로직 회로 (CTL_LL) 및 램프 구동 회로 (CTL_RMP) 를 포함한다. 램프 구동 회로는 컬럼들 모두에 공통된 램프 생성기로부터, 양의 기울기의 선형 전압 램프를 수신한다.

도 1 에 제시된 종래 기술의 회로의 것들과 동일한 이 판독 회로에 대한 제어 엘리먼트들 및 신호들은 동일한 참조부호들을 갖는다. 이들 공통된 엘리먼트들은, 램프 신호 (S_RMP) 및 픽셀의 컬럼에 의해 제공된 전압 (Vcol) 을 입력들로서 수신하는 비교기 (CMP) 이다.

이 램프 신호 (S_RMP) 는 고이득 및 오토제로를 갖는 증폭기 (인버터) 를 포함하는 회로 (CTL_RMP) 에 의해 전달된다. 판독 회로들 모두에 인가된 선형 전압 램프 (RMP) 에 기초하여 원하는 음의 기울기를 갖는 공칭 지속기간 (d_n) 의 선형 전압 램프 (RMP_n) 를 전달하도록 증폭기의 이득이 결정된다. 이 고이득 증폭기는 램프 신호 (S_RMP) 의 시작 전압 레벨을 고정하는 기준 전압 (Vref_RMP) 을 입력 상에서 수신한다. 그것은 다른 입력 상에서 양의 기울기의 선형 전압 램프 (RMP) 를 커패시터를 통해 수신한다. 이 램프는 센서의 컬럼들 모두에 공통된 생성기 (표현되지 않음) 에 의해 제공되고, 비교기의 입력에서의 지속기간 (d_n) 의 선형 램프 (RMP_n) 가 각각의 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 로 시작하도록 하는 적절한 방식으로 제어된다.

레벨 (Vref_RMP) 은 픽셀 (PIX) 의 재초기화 후에 컬럼에 의해 제공된 전압 레벨을 샘플링하는 것에 의해 실제로 획득된다. 이것은 픽셀들의 팔로어 트랜지스터들의 임계 전압들의 변동들과는 독립적인 변환 결과를 렌더링할 수 있게 한다. 그에 따라 회로 (CTL_RMP) 는 증폭기 (AMP) 의 기준 입력 상의 컬럼 전압 (Vcol) 을 샘플링하기 위한 커패시터 (C_s) 를 포함한다. 이 샘플링 커패시터는 픽셀 (PIX) 의 재초기화 후에 컬럼 전압 (Vcol) 의 레벨로 하전된다. 실제로, 비교기 (CMP) 오토제로 제어 신호 (az) 는 샘플링 제어 신호로서 사용된다.

증폭기 (AMP) 의 출력은 그의 출력을 램프 입력 (RMP) 으로 루프 백하는 것에 의해 이 기준 레벨 (Vref_RMP) 로 초기화된다. 이 초기화는 증폭기 오토제로로서 적용된 신호 (RS_AMP) 에 의해 제어된다. 이 초기화의 끝에서, 음-기울기 선형 램프 (RMP_n) 는 이 기준 레벨로부터 시작한다.

이 증폭기 (AMP) 의 출력의 초기화는 각각의 새로운 윈도우 (F_CONV) 에서 수행된다. 공칭 램프 (RMP_n) 가 감소된 지속기간의 일련의 램프들 (RMP_r) 을 생성하는데 사용되는 본 발명의 예시적인 구현에서, 이 초기화는 또한, 낮은 레벨을 검출하기 위한 신호 (LL_-en) 가 액티브할 때 윈도우 (F_CONV) 의 지속기간에 걸쳐 주기적으로 n 회 수행된다. 이 경우, 카운팅은 또한 이전 카운팅 값으로부터 주기적으로 재개되고, 비교기의 출력의 각각의 토글링시에 중단된다.

동일한 판독 회로로 제 1 변환 모드 또는 제 2 변환 모드에 따른 변환을 보장하기 위한 판정 기능과 관련된 이들 카운터 재초기화 및 구동 기능들은, 도 4 에서 CTL_LL 로 표시된 로직 회로에 의해 수행된다.

판정 기능은, 컬럼들 모두에 공통된, 데이터 입력 (D) 으로서 비교기 출력 신호 (S_CMP) 를 그리고 구동 입력 (G) 으로서 신호 (DEC_LL) 를 수신하고 판정 윈도우 (F_R) 의 한계를 정하는, 플립 플롭 (TLAT) 에 의해 수행된다. 플립 플롭의 메모리 출력 (Q) 은, 윈도우 (F_R) 의 끝을 마킹하는 신호 (DT_LL) 의 하강 에지에 기초하여 윈도우 (F_R) 동안 출력 신호 (S_CMP) 를 카피 (copy) 하고 그것을 메모리에 보존하는 신호 (LL_-en) 를 제공한다.

램프 구동 회로 (CTL_RMP) 증폭기 재초기화 기능은, 신호 (LL_-en) 의 상태의 함수로서, 송신을 위한 로직 게이트들 또는 그렇지 않으면 재초기화 제어 신호 (RS_AMP-en) 에 의해 보장된다. 이 예에서, 도 3 에 나타낸 레벨 협약들에 따라, AND 게이트는 원하는 기능을 수행하여, 신호 (RS_AMP) 를 제공하여, 신호 (LL_-en) 가 낮은 레벨의 변환을 시그널링하는 그의 액티브 레벨에 있는 경우에만 신호 (RS_AMP-en) 를 카피한다. 따라서 이 예에서는, 증폭기 (AMP) 의 출력은 신호들 (RS_AMP-en 및 LL_-en) 이 동시에 로직 레벨 "1" 에 있을 때마다 Vref_AMP 로 루프 백하는 것에 의해 재초기화된다.

낮은 레벨 검출 (LL) 의 경우에 활성화된 Clk-ref 신호 송신/디스에이블링 기능은, 신호 (S_CMP) 와 신호 (RS_AMP) 사이의 NOR 게이트에 의해 보장되고, 그 출력은 입력으로서 AND 게이트에 인가되어 카운터의 클록 입력 (CK) 상의 클록 신호 (Clk-ref) 의 송신을 인에이블 또는 디스에이블시킬 수 있게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 판독 방법은 순차-로직 회로들에 의해 통상적인 설계 기법들을 통해 쉽게 구현될 수 있다. 이들 회로들은 다양한 제어 신호들에 대해 채용된 액티브 로직 레벨들에 따라 변할 수도 있다.

표현된 타임차트들에 대응하는 실제 예에서, 램프 신호 (S_RMP) 재초기화 시간, 즉, 신호들 (RS_AMP-en 및 RS_AMP) 의 펄스들의 높은 레벨들의 지속기간은, 램프들 (RMP_r) 의 지속기간 (d_r) 과 동일하게 선정된다.

1024 개의 클록 틱들을 카운트할 수 있게 하는 10-비트 카운터가 사용되는 경우, n=4 변환들을 수행할 수 있도록 감소된 지속기간을 교정하는 것이 가능하다: 지속기간 (d_r) 은 128 개의 클록 틱들을 카운트하는데 요구된 시간에 대응하고; 후속하는 128 개의 클록 틱들에 대응하는 지속기간이 사용되어 램프 구동 회로의 증폭기를 재초기화한다 (카운팅은 이 시간 동안 디스에이블된다). 윈도우 (F_CONV) 의 끝에서, 4 개의 연속적인 변환들의 합이 카운터에서 수행되었다. 카운터에 의해 제공된 결과를 2 비트들만큼 좌측으로 시프트하는 것에 의해, 이들 4 개의 변환들의 평균 값이 획득된다 (4 에 의한 제산). 11-비트 카운터가 취급되는 경우, 동일한 원리에 의해 8 개의 변환들을 수행하는 것이 가능할 것이고, 3 비트들만큼 좌측으로 시프트하는 것에 의해 평균 값이 획득될 것이다 (8 에 의한 제산). 16384 개의 클록 틱들을 카운트할 수 있게 하는 14-비트 카운터가 취급된다면, 64 개의 변환들 및 그들의 합산이 이러한 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 픽셀의 판독 방법은, 종래 기술에서와 같이, 2 개의 변환 페이즈들을 포함할 수 있는데, 첫 번째 것은 저장 노드의 재초기화 레벨을 측정하고, 두 번째 것은 픽셀에 의해 수신된 광의 양에 대응하는 유용한 레벨을 측정하는데, 그 후의 목적은 2 개의 측정 결과들을 감산하여, 그에 따라 픽셀의 용량성 저장 노드와 연관된 노이즈를 제거하는 것이다. 각각의 변환 페이즈에 대해, 변환 모드를 선택할 수 있게 하는 판정 페이즈가 그 후에 연관된다.

실제로, 저장 노드의 재초기화 레벨은 정의상 광의 낮은 레벨을 표현한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 재초기화 레벨을 변환하는 페이즈는 그에 따라 감소된 지속기간 (d_r) 의 램프와의 비교에 의한 다수의 변환들을 갖는 제 2 변환 모드를 사용할 것이다.

유용한 레벨을 변환하는 페이즈는 그것이 광의 높은 레벨에 대응하는 경우에는 제 1 변환 모드에 따라, 그리고 역의 경우에는 제 2 변환 모드에 따라 수행될 것이다.

2 개의 결과들의 감산을 수행하기 위해, 이들 결과들은 동차이어야 한다.

도 5 및 도 6 각각은 유용한 레벨이 광의 낮은 레벨 (도 5) 또는 높은 레벨 (도 6) 을 표현할 때 무엇이 그 후에 일어나는지를 예시한다.

도 5 에 표현된 경우에서, 2 개의 변환들 양쪽은, 도 3 과 관련하여 설명된 바와 같이, 감소된 지속기간의 n 개의 변환들 및 n 개의 결과들의 누적을 이용하는 제 2 변환 모드에 따라 수행된다. 2 개의 누적된 결과들의 저장, 그 다음에 디지털 프로세싱 회로에 의한 감산이 준비될 수도 있다. n 에 의한 제산이 그 후에 수행될 수 있다.

도 6 에 표현된 경우에서, 유용한 레벨은 제 1, 종래, 변환 모드에 따라 수행된다. 재초기화 레벨에 대응하는 결과의 감산은 재초기화 레벨에 대해 저장된 결과의 n 에 의한 제산 후에만 단지 행해질 수 있다.

그 후에 각각의 변환의 최종 결과로 저장될 로직 신호 (LL_-en) 의 상태가 준비된다. 따라서, 유용한 레벨에 대해 LL_-en 이 "1" 로 설정되는 경우, 회로 (DSP) 는 각각의 공칭 변환 윈도우의 완료시 2 개의 저장된 결과들의 감산을 수행할 것이다. 유용한 레벨에 대해 LL_-en 이 "0" 으로 설정되는 경우, 회로 (DSP) 는 재초기화 레벨의 측정에 대응하는 결과의 k 에 의한 제산을 우선 수행할 것이고, 그 후에 2 개의 결과들의 감산을 수행할 것이다.

단지 설명되었던 판독 방법이 또한, 컬럼들 모두에 대해 단일 카운터가 사용될 때 적용될 수 있다는 것에 주목한다. 이 경우, n 개의 변환들 각각에 대해, 카운팅의 시작과 끝에서 카운터의 값을 저장하도록 준비되어야 한다. 그 후에 이것은 감산에 의한 n 개의 변환들 각각에 대한 카운팅 값, 그리고 그 후에 이들 n 개의 변환들의 평균 값을 결정하는 회로 (DSP) 이다.

도 7 은 판정 페이즈가 변환에 더 이상 수반되지 않지만 이 페이즈에 앞선, 본 발명에 따른 판독 방법의 변형을 예시한다.

이것은 이전처럼 감소된 지속기간의 램프와의 비교, 그리고 램프 시작 또는 약간 전의 순간으로부터 램프의 끝까지 비교기의 출력 (S_CMP) 을 카피오버하는 (copying over) 것을 사용한다. 이 램프의 끝은 변환될 레벨에 대한 공칭 변환 시간 윈도우의 시작을 마킹한다. 따라서, 카피오버 윈도우 및 변환 윈도우는 오버랩되지 않는데, 첫 번째 것은 두 번째 것이 시작하기 전의 순간 (t_r) 에 종료한다.

이 판정 페이즈 동안, 즉, 카피오버 윈도우 (F_R) 의 지속기간에 걸쳐, 카운터가 액티브하지 않다는 것에 주목한다. 그것은 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 동안에만 단지 활성화된다.

판정 페이즈는 변환 페이즈들에 대해 사용된 공칭 램프를 램프로서 사용하는 것이 이로울 수도 있는데, 이 공칭 램프는 그 후에 이미 설명된 증폭기 (AMP) 를 재초기화하기 위한 동일한 메커니즘에 따라 램프 시작의 순간 (t_i) 후 지속기간 (d_r) 의 만료시 차단된다. 이것이 예시되는 것이다.

그러나 그것은 그 자신의 램프, 특히 더 높은 기울기를 갖는 램프, 그리고 그에 따라 더 짧아서 더 빠른 판정을 가능하게 할 수도 있는 지속기간을 사용할 수 있다. 실제로, 이 판정 페이즈에서, 그것은 정밀도를 갖고 변환하려고 시도하지 않고, 단지 그 후에 사용될 변환 모드를 결정하려고 시도한다. 이 특정 램프는, 초기화 및 샘플링을 제어하기 위한 다른 고이득 증폭기 및 관련 신호들을 사용하는 것에 의해, 컬럼들에 공통된 램프 생성기 (RMP) 에 기초하여 제공될 수 있다.

변환 페이즈에 앞서 판정 페이즈를 갖는 판독 방법의 이 변형은, 재초기화 레벨의 변환에 의해 획득된 결과와 유용한 레벨의 변환에 의해 획득된 결과 사이의 감산을 카운터 (CNT) 에서 직접적으로 수행할 수 있게 한다. 카운터는 제 1 변환 (재초기화 레벨) 을 위한 카운팅 모드에서 사용되고, 그 후에 제 2 변환 (유용한 레벨) 을 위한 카운트다운 모드에서 사용되는데, 후자에 대해서는 윈도우 (F_CONV) 동안 신호 (LL_-en) 의 상태의 함수로서 1 바이 (by) 1 또는 n 바이 n 의 카운트다운 페이스 (pace) 의 파라미터화를 이용한다.

실제로, 유용한 레벨이 낮은 광 레벨을 표현하는 경우, 신호 (LL_-en) 는 1 로 설정된다. 유용한 레벨은 재초기화 레벨과 동일한 다중-변환 모드에 따라 변환될 것이다. 결과들은 동차이다. 카운터는 그 후에 1 바이 1 로 카운트 다운되도록 파라미터화된다.

그러나 유용한 레벨이 높은 광 레벨을 표현하는 경우, 신호 (LL_-en) 는 0 으로 설정된다. 유용한 레벨은 단일 카운팅을 이용하는 종래 모드에 따라 변환될 것이다. 결과들은 동차가 아니다. 카운터는 그 후에 n 바이 n 으로 카운트 다운되도록 파라미터화된다.

카운팅 그리고 그 후에 카운트 다운하는 것에 의해 카운터에서 결과들의 감산을 수행하는 것은, 컬럼 당 카운터가 존재한다고 가정한다; 이것은 또한 카운터의 콘텐츠가 제 1 변환 페이즈와 제 2 변환 페이즈 사이에서 재초기화되지 않는다고 가정한다: 달리 말하면 카운트다운은 카운팅의 결과에 대해 동작한다고 가정한다.

그에 따라 이 변형의 구현은, 특히 각각의 변환 페이즈에 대해 카운터를 올바르게 파라미터화하기 위해, 몇몇 부가적인 또는 수정된 제어 및 시퀀싱 신호들을 요구한다. 이것은 특히 신호 (LL_-en) 의 상태의 함수로서 카운터의 카운팅 페이스를: 카운팅 모드에서는 항상 1 바이 1 로; 그리고 카운트다운 모드에서는 1 바이 1 또는 n 바이 n 으로 구성할 수 있게 하는 신호들 및 제 1 변환 페이즈에 대한 카운팅 모드에서 그리고 제 2 변환 페이즈 (유용한 레벨) 에 대한 카운트다운 모드에서의 카운터를 파라미터화하는 업/다운 (UP/DOWN) 신호를 수반한다. 이것은 예를 들어 이 목적을 위해 제공된 카운터의 레지스터의 파라미터화에 의해 수행될 수도 있다.

Claims (8)

1. 매트릭스 이미지 센서에서의 픽셀 (PIX) 의 판독 방법으로서,
   상기 픽셀은 상기 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 전압 레벨 (Vcol) 을 컬럼 컨덕터 (column conductor; COL) 상에 제공하고,
   상기 판독 방법은, 비교기 (CMP) 에 의한 상기 컬럼 컨덕터로부터 수신된 전압 레벨과 선형 아날로그 전압 램프와의 비교, 및 램프 시작의 순간 (t_i) 과 상기 비교기의 출력의 토글링의 순간 (t_b) 사이의 클록 펄스들의 카운팅을 포함하는 램프-타입 변환기에 의한 아날로그-디지털 변환을 포함하고,
   상기 판독 방법은, 상기 출력이 토글링되지 않은 경우에는 높은 광 레벨 (HL) 사이를, 또는 상기 출력이 토글링된 경우에는 낮은 광 레벨 (LL) 사이를 구별하고 제 1 또는 제 2 변환 모드 각각에 따라 상기 전압 레벨을 변환하기 위해 상기 램프 시작의 순간 (t_i) 후 미리 결정된 시간 (t_d) 후에 상기 비교기의 출력의 토글링을 검출하는 페이즈 (phase) 를 포함하고,
   - 상기 제 1 변환 모드는, 높은 광 레벨의 변환을 가능하게 하는, 공칭 지속기간 (d_n) 의 램프 (RMP_n) 의 지원에 의한 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 동안의 카운터에 의한 단일 카운팅을 포함하고,
   - 상기 제 2 변환 모드는, 상기 공칭 변환 시간 윈도우의 지속기간에 걸쳐 감소된 지속기간 (d_r) 의 n 개의 연속적인 램프들 (RMP_r) 의 확립을, 각각의 램프에 대해, 상기 램프의 시작과 상기 비교기의 출력의 토글링 사이의 상기 카운터에 의한 카운팅, 및 n 개의 카운팅 결과들의 합산과 함께 포함하고,
   상기 n 은 1 보다 더 큰 정수인 것을 특징으로 하는 판독 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   검출 단계는 상기 공칭 변환 시간 윈도우에서 컬럼 전압 레벨의 상기 아날로그-디지털 변환과 병행하여 수행되고 상기 공칭 지속기간의 전압 램프로 시작하며, 상기 비교기의 출력을 판정 페이즈의 끝 전에 토글링해야 하고,
   상기 공칭 지속기간 (d_n) 의 전압 램프는 상기 감소된 지속기간 (d_r) 후에 차단되고 상기 n 개의 연속적인 램프들 중 첫 번째 것을 구성하는, 판독 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   픽셀들의 매트릭스의 각 컬럼에 특정된 카운터를 사용하고,
   상기 제 2 변환 모드에서, 상기 카운팅은, 제로로 리셋한 후에, 상기 감소된 지속기간의 n 개의 연속적인 램프들 중 첫 번째 것으로 개시하고, 제로로 리셋하는 일 없이 상기 감소된 지속기간의 n-1 개의 후속 램프들 각각으로 재개하며,
   상기 카운터는 n 개의 카운팅들의 누적에 의한 합산의 결과를 출력으로서 제공하는 것을 특징으로 하는 판독 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 픽셀은, 광에 의해 생긴 전하를 수신하기 전에 재초기화되는 전하 저장 노드 (ND) 를 포함하고,
   상기 판독 방법은, 재초기화 레벨의 제 1 변환, 상기 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 유용한 레벨의 제 2 변환, 및 2 개의 변환들의 결과들의 감산을 포함하고,
   높은 광 레벨에 대응하는 유용한 레벨의 경우, 상기 제 2 변환 모드에 따라 수행되는 상기 재초기화 레벨의 변환의 결과는, 상기 유용한 레벨의 변환의 결과의 감산 전에 n 에 의해 제산되는 것을 특징으로 하는 판독 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출 페이즈는 상기 아날로그-디지털 변환 전에 수행되고, 상기 전압 레벨과 공칭 전압 지속기간 램프와의 비교, 및 상기 램프 시작의 순간 (t_i) 후 미리 결정된 순간 (t_r) 에서 상기 비교기의 출력의 상태의 검출을 포함하는, 판독 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 픽셀은, 광에 의해 생긴 전하를 수신하기 전에 재초기화되는 전하 저장 노드 (ND) 를 포함하고,
   상기 판독 방법은, 재초기화 레벨의 제 1 변환, 상기 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 유용한 레벨의 제 2 변환, 및 2 개의 변환들의 결과들의 감산을 포함하고,
   상기 감산은, 픽셀들의 매트릭스의 각 컬럼에 특정된 업-카운터/다운-카운터에서, 상기 카운터를
   - 상기 재초기화 레벨의 제 1 변환에 대해서는, 1 바이 (by) 1 카운팅 모드로 그리고 그 후에
   - 상기 유용한 레벨의 제 2 변환에 대해서는, 제로로 리셋하는 일 없이 카운트다운 모드로, 그리고 대응하는 판정 페이즈의 결과 (LL_-en) 의 함수로서 1 바이 1 또는 n 바이 n 카운트다운으로
   제어하는 것에 의해 직접적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 판독 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   전압 램프들 모두는, 상기 픽셀을 재초기화하는 페이즈 동안 상기 컬럼 컨덕터의 전압 레벨과 동일한, 하나의 동일한 시작 레벨 (Vref_RMP) 을 갖는, 판독 방법.
8. 로우 (row) 들 및 컬럼 (column) 들로 조직화된 픽셀들의 매트릭스를 포함하는 매트릭스 이미지 센서로서,
   하나의 동일한 컬럼의 픽셀들은 판독 회로에 링크된 컬럼 컨덕터 (column conductor; COL) 에 링크되고,
   판독을 위해 선택된 픽셀은 상기 픽셀에 의해 수신된 광 레벨을 표현하는 전압 레벨 (Vcol) 을 상기 컬럼 컨덕터 상에 제공하고,
   상기 판독 회로는, 상기 컬럼 컨덕터로부터 수신된 전압 레벨을 선형 아날로그 전압 램프와 비교하기 위한 비교기 (CMP), 및 램프 시작의 순간 (t_i) 과 상기 비교기의 출력의 토글링의 순간 (t_b) 사이를 카운팅하는 클록 펄스들 (Clk-ref) 의 카운터 (CNT) 를 포함하는 램프-타입 아날로그-디지털 변환기를 포함하고,
   상기 판독 회로는, 상기 램프 시작의 순간 후 미리 결정된 시간 (t_r) 후에, 상기 비교기의 출력이 토글링되지 않았는지 또는 토글링되었는지 여부에 따라, 제 1 변환 모드 또는 제 2 선택 모드를 선택하기 위한 회로를 포함하고,
   - 상기 제 1 변환 모드는, 높은 광 레벨의 변환을 가능하게 하는, 공칭 지속기간 (d_n) 의 램프 (RMP_n) 의 지원에 의한 공칭 변환 시간 윈도우 동안의 상기 카운터에 의한 단일 카운팅을 포함하고,
   - 제 2 변환 모드는, 상기 공칭 변환 시간 윈도우 (F_CONV) 의 지속기간 (d_n) 에 걸쳐 감소된 지속기간 (d_r) 의 n 개의 연속적인 램프들 (RMP_r) 의 확립을, 각각의 램프에 대해, 상기 램프의 시작과 상기 비교기의 출력 (S_CMP) 의 토글링 사이의 상기 카운터에 의한 카운팅, 및 n 개의 카운팅 결과들의 합산과 함께 포함하고,
   상기 n 은 1 보다 더 큰 정수인 것을 특징으로 하는 매트릭스 이미지 센서.

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